Đặc trưng hình học và đặc tính thủy động lực chân vịt phương tiện thủy nội địa cỡ nhỏ

Bài viết này tập trung vào hướng số hóa chân vịt dựa trên phương pháp đo không tiếp xúc, từ đó đánh giá đặc tính thủy động của chân vịt. Phương thức số hóa đã được tác giả áp dụng cho chong chong khí của máy bay không người lái [1], và cho chong chóng khí của thuyền lướt khí ba chỗ ngồi [2], từ đó đưa ra các giá trị tham khảo cho lựa chọn hệ thống đẩy cũng như thông số hình học phù hợp cho chân vịt tàu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đặc trưng hình học và đặc tính thủy động lực chân vịt phương tiện thủy nội địa cỡ nhỏSCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K7- 2015Đặc trưng hình học và đặc tính thủyđộng lực chân vịt phương tiện thủy nộiđịa cỡ nhỏ Ngô Khánh HiếuBộ môn Kỹ thuật Hàng không, Trường Đại học Bách khoa Lê Tất HiểnBộ môn Kỹ thuật Tàu thủy, Trường Đại học Bách khoa(Bài nhận ngày 13 tháng 7 năm 2015, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 16 tháng 10 năm 2015)TÓM TẮTĐánh giá đặc tính thủy động của mộtchân vịt cần phải dựa trên đặc trưng hình họccủa chân vịt và các thông số phỏng đoántrước. Dựa trên mẫu chân vịt thủy nội địahiện đang sử dụng ở Tp. Hồ Chí Minh, bàibáo đưa ra phương pháp xây dựng mô hình3D của chân vịt từ dữ liệu tọa độ điểm trongkhông gian ba chiều của nó, có được bằngthiết bị quét biên dạng không tiếp xúc. Từ đótiến hành khảo sát đặc trưng hình học củachân vịt thông qua mô hình 3D quét, đồngthời đưa ra các phân tích về đặc tính thủyđộng của chân vịt. Các kết quả phân tích thuđược trong bài viết có thể được sử dụng làmgiá trị tham khảo cho các kết quả mô phỏngsố đặc tính thủy động của chân vịt, cũng nhưcác kết quả thực nghiệm trên mô hình thunhỏ của chân vịt thực tế.Từ khóa: Quét không tiếp xúc, đặc tính thủy động của chân vịt, đặc trưng hình học củachân vịt.1. TỔNG QUANChân vịt dùng cho các phương tiện thủy nộiđịa thường được thiết kế, chế tạo dựa trên cácchuẩn thiết kế phổ biến của chân vịt như chuẩnWageninen B, chuẩn Japanese AU, chuẩn Gawn,chuẩn KCA, chuẩn Newton-Rader…Dựa trên các chuẩn thiết kế trên, các đặc tínhthủy động của chân vịt đã được nhà sản xuất thửnghiệm và công bố nên việc lựa chọn chân vịt vàhệ thống đẩy hoàn toàn có thể tiến hành dễ dàngvới độ tin cậy cao.Tuy vậy, do yêu cầu cao về thông số hìnhhọc của mỗi chuẩn thiết kế nên chi phí sản xuấtcủa các dòng chân vịt theo chuẩn sẽ cao và chỉphù hợp cho một số ít dòng phương tiện thủy nộiđịa. Thực tế ở Việt nam cho thấy phần lớnTrang 110phương tiện thủy nội địa sử dụng các dòng chânvịt được chế tạo bằng phương pháp đúc, gia côngtruyền thống để giảm chi phí. Điều này dẫn đếnviệc tính chọn đặc tính hoạt động của chân vịt chohệ thống đẩy hiện tại chủ yếu dựa vào vào các đồthị tham khảo đã được nghiên cứu. Hình 1 dướiđây là một dòng chân vịt ba cánh đường kính 400mm trong nước mà nhóm sử dụng để khảo sát.Để đánh giá được tốt đặc tính thủy động củamẫu chân vịt thực tế như Hình 1 thì việc khảo sáthình học là bước quan trọng đầu tiến cần tiếnhành. Tiếp theo, trên cơ sở hình học khảo sát hoặcso sánh với các chuẩn thiết kế chân vịt hiện có đểtìm tương quan và phỏng đoán đặc tính theochuẩn thiết kế gần nhất; hoặc xây dựng mô phỏngTAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K7- 2015tính toán số đặc tính theo các điều kiện hoạt độngkhác nhau.vịt (Z), tỉ số bước hình học (P) và đường kính củachân vịt (D), tỉ số giữa diện tích trải phẳng củacánh (AE) và diện tích tất cả các cánh (AO, vớiAO = D2/4).Bước hình học của chân vịt được định nghĩalà khoảng cách tiến của một điểm trên cánh khinó xoay đúng một vòng quanh trục xoay của chânvịt. Bước hình học thường phân bố theo tỉ số giữavị trí bán kính xét (r) với bán kính của chân vịt(R). Và bước hình học tại vị trí 0.7R thường đượcchọn là bước hình học đặc trưng của chân vịt [5].Nếu cắt cánh của chân vịt theo vị trí bán kính(r) rồi trải phẳng sẽ thu được biên dạng hình họccủa phần tử cánh của chân vịt (xem Hình 2).Hình 1. Chân vịt phương tiện thủy nội địa cỡ nhỏBài viết này tập trung vào hướng số hóachân vịt dựa trên phương pháp đo không tiếp xúc,từ đó đánh giá đặc tính thủy động của chân vịt.Phương thức số hóa đã được tác giả áp dụng chochong chong khí của máy bay không người lái[1], và cho chong chóng khí của thuyền lướt khíba chỗ ngồi [2], từ đó đưa ra các giá trị tham khảocho lựa chọn hệ thống đẩy cũng như thông sốhình học phù hợp cho chân vịt tàu.2. ĐẶC TRƯNG HÌNH HỌC CỦA CHÂNVỊTChân vịt có nhiều chủng loại khác nhau:chân vịt bước cố định, chân vịt biến bước,…nhưng tất cả chân vịt đều có những đặc trưng hìnhhọc cơ bản chung để phục vụ cho nhu cầu tínhtoán và sử dụng [3].Mỗi chân vịt có hai mặt thủy động họcchính. Mặt hướng vào thân tàu gọi là mặt hút, mặthướng về phía sau tàu gọi là mặt đạp. Thôngthường, chân vịt quay theo chiều kim đồng hồ khinhìn vào mặt trước. Giao tuyến của mặt trước vàmặt sau gọi là đường giao cánh chân vịt, biêntrước là mép dẫn, biên sau là mép thoát [4][5].Các thông số đặc trưng về hình học của chânvịt là: đường kính chân vịt (D), số cánh của chânHình 2. Biên dạng cánh của chân vịt tàu thủy nội địatại vị trí 0.7R sau khi trải phẳngTheo đó,-  là góc giữa mặt phẳng xoay của chân vịtvới đường thẳng nối điểm đầu (LE) và điểm cuối(TE) của phần tử cánh.- c là chiều dài dây cung của phần tử cánh.Tại vị trí bán kính xét (r), mối quan hệ giữa bướchình học (Pr) và góc  được thể hiện bởi biểuthức: Pr = 2r.tan()- a là khoảng cách từ điểm LE đến ...